Emisivite Hatası Hesaplayıcı

Kameranın bildirdiği sıcaklığı, kameranın ayarlı olduğu emisiviteyi, yüzeyin gerçek emisivitesini ve yansıyan görünür sıcaklığı girin; hesaplayıcı gerçek sıcaklığı, hatanın büyüklüğünü ve emisivitedeki 0,05’lik bir yanılmanın cevabı ne kadar oynatacağını versin. Emisivitesi düşük bir yüzeyde bu son değer, çoğu zaman uygulanan arıza eşiğinden büyüktür.

Kameranın gerçekte çözdüğü denklem

Termal kamera sıcaklık ölçmez. Işıma ölçer ve sonra kendisine söylenen emisiviteyi kullanarak geriye doğru bir sıcaklık hesaplar.

Bir yüzeyden dedektöre ulaşanın bir kısmı yüzeyin yaydığı, bir kısmı da çevresinden yansıyandır:

gelen = ε × W(T_yüzey) + (1 − ε) × W(T_yansıyan)

Kamera bu denklemi kendi emisivite ayarıyla tersten çalıştırır. O ayar yüzeyin gerçek emisivitesi değilse, bildirdiği sıcaklık da yüzeyin gerçek sıcaklığı değildir. İki tarafı eşitleyip gerçek sıcaklık için düzenlemek, bu hesaplayıcının yaptığı işin ta kendisidir:

T_gerçek⁴ = [ ε_ayar × T_okunan⁴ + (ε_gerçek − ε_ayar) × T_yansıyan⁴ ] ÷ ε_gerçek

burada bütün sıcaklıklar kelvin cinsindendir.

Dördüncü kuvvet, adı konması gereken basitleştirmedir. Bütün tayf boyunca tepki veren bir dedektör için kesindir ve bunun kullanıldığı sıcaklıklarda uzun dalga bir kamera için yeterince yakındır. Hesabı düzgün yapan bir kamera kendi bandı üzerinden integral alır; dolayısıyla cevabı bundan ilk hanede değil, son hanede farklılaşır.

Hata hangi yöne gider

Emisiviteyi yüksek girin, kamera düşük okur. Yüzeyi iyi bir yayıcı saydığı için, belirli bir ışıma miktarı ona olması gerekenden soğuk bir yüzeyi işaret eder.

Düşük girin, kamera yüksek okur.

Tehlikeli olan yüksek ayardır, çünkü aynı zamanda sık yapılanıdır. Emisivite çoğu zaman 0,95 civarındaki fabrika değerinde bırakılır; bu mat boya için doğru, çıplak metal için fena halde yanlıştır. 0,95’te okunan parlak bir bakır bara, komşularından daha fazla akım taşırken soğuk görünür.

Hata neden bu kadar uzun süre fark edilmez

Hata, yüzey sıcaklığı ile yansıyan sıcaklık arasındaki farkla orantılıdır. İkisi birbirine yakınken, ki oda sıcaklığındaki bir odada öyledir, hemen her emisivite ayarı hemen hemen doğru cevabı verir.

Bu, bir emisivite ayarının yıllarca yanlış kalıp kimsenin fark etmemesi ve bir şey gerçekten ısındığı ilk anda 20 ya da 30 derece yanılması demektir. Hiçbir şey bulamayan bir muayene, ayarın doğru olduğunun kanıtı değildir.

Kimsenin ölçmediği değer

Yansıyan görünür sıcaklık hava sıcaklığı değildir ve onu öyle saymak, emisivitenin kendisinden sonra en sık yapılan ikinci hatadır.

Ölçümü şöyledir: bir parça alüminyum folyo buruşturulur, gevşekçe düzeltilir, hedefin yerine kameraya bakacak biçimde konur ve emisivite 1’e alınarak okunur. Kameranın söylediği değer yansıyan görünür sıcaklıktır.

Kapalı mekânda, bir şalt odasında, genellikle ortama yakındır ve kestirme yol zararsızdır. Açık gökyüzü altında hava sıcaklığının onlarca derece altında olabilir ve emisivitesi düşük bir yüzeyde tek başına bu fark, bildirilen sıcaklığı aranan arızadan daha çok oynatır.

Hesaplamayı bırakıp bant yapıştırma zamanı

Gelen ışımanın hangi bileşeninin baskın olduğunu tek başına emisivite belirlemez. Yayılan kısım ε × T_yüzey⁴, yansıyan kısım (1 − ε) × T_çevre⁴ ile değişir; dolayısıyla ikisinin eşitlendiği nokta iki sıcaklıkla birlikte kayar. Aşağıdaki çözümlü örnekte, çevresi 22 °C iken 101 °C’deki bir yüzey 0,5 emisivitede bile gelenin yaklaşık %72’sini kendisi yaymaktadır ve iki terim ancak 0,28 dolayında eşitlenir. Çevresiyle aynı sıcaklığa yakın bir yüzeyde ise yansıma çok daha erken baskın hale gelir.

Field Series termografi kitaplarının üçünün de çizdiği çalışma sınırı 0,3’tür. Bunun altında bildirilen sıcaklık, yüzey ne yapıyor olursa olsun büyük ölçüde çevrenin bir özelliğidir. Düzeltme hâlâ aritmetik olarak geçerlidir, ama artık yansıyan sıcaklığın doğru olmasına dayanır ve o değerdeki her belirsizlik büyütülerek cevaba yansır.

Sahadaki cevap, yüzeye yapıştırılmış bir elektrik bandı, mat boya ya da bir boya kalemi izi ve emisivitenin metale değil o yamaya ayarlanmasıdır. Okumadan önce yamanın altındaki malzemenin sıcaklığına gelmesini bekleyin; yoksa yalnızca bir parça bandı ölçmüş olursunuz.

Çözümlü örnek

0,95’e ayarlı bir kamera, oksitlenmiş ama hâlâ epeyce yansıtıcı, gerçek emisivite 0,6 olan bir yüzeyde 78 °C bildiriyor. Yansıyan görünür sıcaklık 22 °C.

Kelvin cinsinden okunan sıcaklık 351,15 K, yansıyan sıcaklık 295,15 K. Yukarıdaki denkleme yerleştirildiğinde gerçek sıcaklık yaklaşık 374,4 K, yani 101,2 °C çıkar.

Okuma 23 derece düşüktü. Referans bir bileşene göre farkı esas alan herhangi bir ölçütte bu büyüklükte bir hata, bulguyu birkaç bant birden kaydırır ve tam da gerçek bir arızayı zararsız gösterecek yöne kaydırır.

Üstelik 0,6’lık emisivite tahmininin kendisi 0,05 belirsizlik taşıyorsa, cevap birkaç derece daha oynar. Bu duyarlılık değeri, okumanın gerçekte ne kadar değerli olduğunun dürüst ölçüsüdür ve bandın var olma nedenidir.

Sık sorulan sorular

Termal kamerada emisivite yüksek girilirse ne olur?

Kamera düşük okur. Yüzeye gerçekte yaydığından daha fazla ışıma atfeder; aldığı ışımayı açıklamak için de yüzeyin olduğundan soğuk olması gerektiği sonucuna varır. Emisiviteyi düşük girmek tam tersini yapar ve kamera yüksek okur. Hatanın büyüklüğü, yüzey sıcaklığı ile yansıyan sıcaklık arasındaki farkla birlikte büyür.

Yansıyan görünür sıcaklık nedir ve neden önemlidir?

Hedefin yerine konmuş kusursuz bir aynanın bildireceği değerdir; yani yüzeyin görüp kameraya doğru geri yansıtabildiği her şeyin sıcaklığı. Buruşturulmuş folyoyu hedefe koyup emisiviteyi 1’e alarak okumakla ölçülür. Kapalı mekânda genellikle ortam sıcaklığına yakındır. Açık gökyüzü altında hava sıcaklığının onlarca derece altında olabilir.

Parlak metalde okuma ne kadar doğru olabilir?

Pek doğru olamaz ve güvenilir de değildir. Dedektöre ulaşanın ne kadarının yayılmış, ne kadarının yansımış olduğu yalnızca emisiviteye değil, yüzey sıcaklığı ile çevre sıcaklığına birlikte bağlıdır: yayılan kısım emisivite çarpı yüzey sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle, yansıyan kısım ise bir eksi emisivite çarpı çevre sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle değişir. Yaklaşık 0,3’ün altında bildirilen değer büyük ölçüde çevrenin bir özelliğidir. Sahadaki alışılmış çözüm bir parça mat bant ya da emisivitesi yüksek boyadır ve altındaki yüzeyin sıcaklığına geldikten sonra okunur.

Oda sıcaklığında emisivite hatası önemli mi?

Neredeyse hiç değil ve hatanın hayatta kalma nedeni tam olarak budur. Yüzey ile çevresi benzer sıcaklıktayken kameraya ulaşan ışıma, ne kadarının yayıldığından ve ne kadarının yansıdığından bağımsız olarak neredeyse aynıdır. Hemen her emisivite ayarı hemen hemen doğru cevabı verir. Hata ancak bir şey gerçekten ısındığında açılır; yani tam da ona güvenildiği anda.

Yanlış emisiviteyle alınmış bir okuma sonradan düzeltilebilir mi?

O andaki yansıyan görünür sıcaklık biliniyorsa evet; ayrıca birçok kamera görüntünün içine ayarın sonradan yazılımda değiştirilmesine yetecek kadar radyometrik veri kaydeder. Yalnızca bildirilen sıcaklıktan yola çıkıldığında düzeltme, radyometrik dengeyi gerçek emisivite için yeniden kurar. Aritmetik olarak kesindir ve kendisine verilen yansıyan sıcaklık kadar iyidir.